專利名稱：一種以鋁合金為負極材料的化學(xué)電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一種以鋁合金為負極材料的化學(xué)電池涉及一種化學(xué)電池，屬能源科學(xué)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
化學(xué)電池是一種可以將氧化-還原反應(yīng)中生成的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的電源設(shè)備。最常見的化學(xué)電池有，廣泛用于日常生活的干電池，如一次性使用的鋅-錳電池，鋅-氧化汞電池，鋅-銀電池，鋰-碘電池，銀-碘電池，和鋅-氧化銀電池等；可反復(fù)充電循環(huán)使用的鉛酸蓄電池，鋰離子電池等。目前已有的各種系列，型號和規(guī)格的電池多達一千余種。不包括可反復(fù)使用的充電電池在內(nèi)，目前全世界每年一次性電池的消費量約為50億美元左右，且每年的增長率為10％以上。電池的應(yīng)用范圍幾乎遍及人類活動的每一個領(lǐng)域。
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和人類社會的進步，電池的應(yīng)用領(lǐng)域正變得越來越廣泛。同時，人們對化學(xué)電源也提出了更高的要求。研究和開發(fā)具有成本低，容量大和環(huán)境友好的新型電池是科學(xué)家們追求的最主要目標之一。
一般的化學(xué)電池主要由四部分組成即，(1)正極材料；(2)負極材料；(3)含正負離子的電解質(zhì)；和(4)特定離子可以通過的隔板。
在化學(xué)電池中，正極材料是指在電池內(nèi)的氧化-還原反應(yīng)中接受電子的物質(zhì)；而負極材料是指在電池的氧化-還原反應(yīng)中失去電子的物質(zhì)；電解質(zhì)材料的作用是傳導(dǎo)電荷，使得電池可以形成電流回路而進行工作。
干電池使用的電解質(zhì)不是液體，而是糊狀物或固體。
常用的一次性干電池有鋅-錳電池，堿性鋅-錳電池，鋅-氧化汞電池，鋰-碘電池，銀-碘電池，和鋅-氧化銀電池等。
如圖1一種傳統(tǒng)的圓形干電池的結(jié)構(gòu)示意圖所示，這里以鋅-錳電池為例來說明化學(xué)電池的結(jié)構(gòu)和基本工作原理在鋅-錳電池中，正極材料為二氧化錳(MnO2)，負極材料為Zn，電解質(zhì)為氯化銨(NH4Cl)或氯化鋅(ZnCl2)，其組成的電池結(jié)構(gòu)為一根作為引出電流用的碳棒置于電池的中央，碳棒周圍充滿正極材料1二氧化錳和炭黑。正極材料1和隔板2被一起裝在由負極材料3鋅做成的罐狀體中。隔板2的作用是將正極材料和負極材料分開。在隔板的兩側(cè)還分別充填有氯化銨或氯化鋅電解質(zhì)4。這樣生產(chǎn)出的電池為圓柱形結(jié)構(gòu)，例如我們?nèi)粘Ｉ钪谐Ｓ玫囊惶枺蛭逄柛呻姵氐取?br> 對于堿性鋅-錳電池，其正極材料也采用二氧化錳，而且也是使用鋅為負極材料。所不同的是，堿性干電池所用的電解質(zhì)為氫氧化鉀(KOH)水溶液。
在鋅-氧化汞電池中，其正極材料為石墨粉和氧化汞，負極材料為汞齊化鋅粉。電解質(zhì)為質(zhì)量份數(shù)為35％～40％的氫氧化鉀(KOH)水溶液。
在鋅-氧化銀電池中，其正極材料為氧化銀粉壓制的固體，負極材料為汞齊化鋅粉。電解質(zhì)為質(zhì)量份數(shù)為35％～40％的氫氧化鉀(KOH)水溶液。
由上述介紹可知，不論是鋅-錳電池，還是堿性鋅-錳電池，它們都有幾個共同的特點其一，它們都使用較為昂貴的金屬材料，如錳，鋅，銀等作為負極或陽極，故成本會比較高。其二，它們所使用的電極和電解質(zhì)材料，如錳，鋅，汞，氯化銨(NH4Cl)，氯化鋅(ZnCl2)或氫氧化鉀(KOH)水溶液。都不是環(huán)境友好物質(zhì)，將對環(huán)境造成一定的污染。因此，目前國際上很多國家都制定了嚴格的廢舊電池回收政策，其主要目的之一就是為了減少越來越嚴重的污染。保護環(huán)境，造福人類。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一是為了提出一種以具有比重輕，價格便宜等特點的鋁合金為負極材料的化學(xué)電池。
本發(fā)明的目的之二是為提出一種以鋁合金作為負極材料來生產(chǎn)普通干電池或小型化電池的方法。
為實現(xiàn)本發(fā)明目的提供下述技術(shù)方案一種以鋁合金為負極材料的化學(xué)電池，包括正極材料、電解質(zhì)、負極材料、分離正負極的隔離層，其中，電池的負極是由一種含鋁的合金材料構(gòu)成。
在上述方案基礎(chǔ)上，所述的鋁合金中鋁元素之質(zhì)量百分含量為1％至99.99％上。
由于鋁合金材料，故可以降低電池的生產(chǎn)成本和使用成本。同時，由于大多數(shù)鋁合金材料是一種環(huán)境友好的材料，故可以減少廢舊電池，特別是大量廢舊干電池對環(huán)境的污染，起到保護環(huán)境的作用。
因鋁合金質(zhì)量輕，材質(zhì)柔軟，價格低，它可以簡化干電池或薄膜電池的生產(chǎn)方法和工藝，以進一步降低生產(chǎn)成本。
一種以鋁合金作為負極材料來生產(chǎn)普通干電池或小型化電池由鋁合金負極、電解質(zhì)材料、正極材料和絕緣層所構(gòu)成的電池單元，由二個或二個以上電池單元并聯(lián)后組成復(fù)合電池。
也可以是由鋁合金負極、電解質(zhì)材料、正極材料和絕緣層所構(gòu)成電池單元，由二個或二個以上電池單元串聯(lián)后組成復(fù)合電池。
或者是由鋁合金負極、電解質(zhì)材料、正極材料和絕緣層所構(gòu)成電池單元，由二個以上的電池單元并聯(lián)后再串聯(lián)，或串聯(lián)后再并聯(lián)后組成復(fù)合電池。
本發(fā)明的優(yōu)越性在于提出了一種以鋁合金為負極材料的化學(xué)電源，它可以降低生產(chǎn)成本和減少對環(huán)境的污染。此外，由于鋁合金的較低比重和相對比較柔軟的材質(zhì)特性，可以使得用鋁合金為負極材料的電池生產(chǎn)方法得以變得更簡便。


附圖1，一種傳統(tǒng)的圓形干電池的結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖2，用鋁合金作為負極材料的干電池的結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖3，以鋁合金材料為負極材料的小型化干電池結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖4，用鋁合金作為負極材料的串聯(lián)電池的結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖5，用鋁合金作為負極材料的并聯(lián)電池的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
實施例1本發(fā)明給出的化學(xué)電池，是指以鋁合金為負極材料，其它材料為陽極材料，和電解質(zhì)材料所生產(chǎn)出的電池。鋁合金材料可以是指目前市場上可以得到的任何一種含鋁的合金材料；也可以是指任何一種尚未商品化的含鋁的固體材料。鋁合金材料中鋁元素的含量應(yīng)不低于百分之一(1％)，和不大于百分之九十九點九九(99.99％)。選擇鋁合金材料的基本原則是，價格低廉和其中不含有污染環(huán)境的物質(zhì)。
如附圖2，用鋁合金作為負極材料的干電池的結(jié)構(gòu)示意圖所示，給出了一個以鋁合金材料為負極材料，碘為陽極材料，碘化鋁為電解質(zhì)材料制作干電池的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2中，2-1為正極帽，2-2為負極集流體，2-3為含碘離子的鹽，此處為碘化鋁，2-4為陽極材料碘，2-5為絕緣體。這里作為陽極材料的碘，可以是純碘元素，也可以是以碘元素為主的混合物，如碘-碘化鋁混合物，碘-石墨混合物等。
實施例2用本發(fā)明所提出的方法，除了可以制造普通干電池外，還可以制造比普通電池更小的小型化電池。例如，可以用鋁合金薄膜作負極，然后在此鋁合金薄膜上依次加上電解質(zhì)材料，如碘化鹽溶液，和正極材料，如含有碘元素的物質(zhì)。在圖3用鋁合金作為負極材料的干電池的結(jié)構(gòu)示意圖中，給出了一個以鋁合金薄膜材料為陰極材料，碘為陽極材料，碘化鋁為電解質(zhì)材料制作的小型化電池的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3中，3-1為鋁合金作成的陰極，3-2為含碘離子的鹽，3-3為陽極材料碘。這里作為陽極材料的碘，可以是純碘元素，也可以是以碘元素為主的混合物，如碘-碘化鋁混合物，碘-石墨混合物等。
實施例3為了提高本發(fā)明所給出的電池的輸出電壓或輸出電流的值，還可以將二個或二個以上的以鋁合金為負極材料，其它材料為陽極材料，和電解質(zhì)材料所生產(chǎn)出的電池串聯(lián)或并聯(lián)起來使用。如附圖4用鋁合金作為負極材料的串聯(lián)電池的結(jié)構(gòu)示意圖所示，其給出了多個電池經(jīng)串聯(lián)后所組成的具有較高輸出電壓的電池的結(jié)構(gòu)示意圖。本實施例中給出了三個電池串聯(lián)的情況。圖4中，4-1，4-2，4-3分別為多個以鋁合金材料為負極，含碘離子的鹽為電解質(zhì)，碘為陽極材料所制作的電池。其中，4-11為合金鋁負極材料，4-12為電解質(zhì)材料，4-13為正極材料，4-14為絕緣體，4-15為連結(jié)導(dǎo)線。理論上，由此方法所制作的電池，其輸出電壓應(yīng)等于每個次級電池的輸出電壓之和。雖然這里只給出了三個電池串聯(lián)的例子，實際上可以根據(jù)需要將更多個電池串聯(lián)起來。
實施例4如附圖5用鋁合金作為負極材料的并聯(lián)電池的結(jié)構(gòu)示意圖所示，給出了多個電池經(jīng)并聯(lián)后所組成的具有較高輸出電流的電池的結(jié)構(gòu)示意圖。本實施例給出了三個電池并聯(lián)的情況。圖5中，5-1，5-2，5-3分別為多個以鋁合金材料為負極，含碘離子的鹽為電解質(zhì)，碘為陽極材料所制作的電池。圖5中，5-11為合金鋁負極材料，5-12為電解質(zhì)材料，5-13為正極材料，5-14為絕緣體，5-15為連結(jié)導(dǎo)線。理論上，由此方法所制作的電池，其輸出電流應(yīng)等于每個次級電池的輸出電流之和。同樣地，雖然本實施例給出了三個電池并聯(lián)的例子，實際上可以根據(jù)需要將更多個電池并聯(lián)起來。
實際應(yīng)用時，還可以先將多個電池并聯(lián)起來，然后將并聯(lián)后的電池組再串聯(lián)起來，或者是先將多個電池串聯(lián)起來，然后將并聯(lián)后的電池組再并聯(lián)起來，以組成一個既并聯(lián)又串聯(lián)的電池。這樣做的結(jié)果是可以獲得輸出電壓和電流比單一電池都大數(shù)倍的電池。
權(quán)利要求
1.一種以鋁合金為負極材料的化學(xué)電池，包括正極材料、電解質(zhì)、負極材料、分離正負極的隔離層，其特征在于電池的負極是由一種含鋁的合金材料構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種以鋁合金為負極材料的化學(xué)電池，其特征在于所述的鋁合金中鋁元素之質(zhì)量百分含量為1％至99.9 9％。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種以鋁合金為負極材料的化學(xué)電池，其特征在于以鋁合金材料為負極材料，碘為陽極材料，碘化鋁或其鹽溶液為電解質(zhì)材料制作干電池，其中，所述的陽極材料的碘，為純碘元素，或含碘元素的混合物，包括碘-碘化鋁，碘-無機鹽，碘-石墨混合物中的一種或他們的混合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種以鋁合金為負極材料的化學(xué)電池，其特征在于用鋁合金薄膜作負極，然后在此鋁合金薄膜上依次加上，作為電解質(zhì)材料的物質(zhì)，和作為正極材料的含有碘元素的物質(zhì)，其中，所述的含有碘元素的物質(zhì)為純碘元素，或者以碘元素為主的混合物，包括碘-碘化鋁，碘-無機鹽，碘-石墨混合物中的一種或他們的混合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種以鋁合金為負極材料的化學(xué)電池，其特征在于由鋁合金負極、電解質(zhì)材料、正極材料和絕緣層所構(gòu)成的電池單元，由二個或二個以上電池單元并聯(lián)后組成復(fù)合電池。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種以鋁合金為負極材料的化學(xué)電池，其特征在于由鋁合金負極、電解質(zhì)材料、正極材料和絕緣層所構(gòu)成的電池單元，由二個或二個以上電池單元串聯(lián)后組成復(fù)合電池。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種以鋁合金為負極材料的化學(xué)電池，其特征在于由鋁合金負極、電解質(zhì)材料、正極材料和絕緣層所構(gòu)成電池單元，由二個以上的電池單元并聯(lián)后再串聯(lián)，或串聯(lián)后再并聯(lián)后組成復(fù)合電池。
全文摘要
本發(fā)明一種以鋁合金為負極材料的化學(xué)電池涉及一種化學(xué)電池，屬能源科學(xué)領(lǐng)域。一種以鋁合金為負極材料的化學(xué)電池，包括正極材料、電解質(zhì)、負極材料、分離正負極的隔離層，其中，電池的負極是由一種含鋁的合金材料構(gòu)成。本發(fā)明提出的一種以鋁合金為負極材料的化學(xué)電源可以降低生產(chǎn)成本和減少對環(huán)境的污染。此外，由于鋁合金的較低比重和相對比較柔軟的材質(zhì)特性，可以使得用鋁合金為負極材料的電池生產(chǎn)方法得以變得更簡便。
文檔編號H01M6/06GK1808744SQ200510111359
公開日2006年7月26日 申請日期2005年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月9日
發(fā)明者水新國, 王玉宏 申請人:水新國